互花米草枯落物对克氏原螯虾的微生境选择及生长的影响

张婧怡 王爱兵 黄成 刘茂松

摘要：为探究枯落物流入滨海滩涂系统后对底栖动物生境及自身生长的影响，设置试验观察克氏原螯虾在混入互花米草和芦苇的枯落物的土壤基质中的生存状态及对微生境的偏好，并增设添加EM菌干预以提高生态利用价值。结果表明，螯虾对不同土壤基质的选择存在时空格局变化。对于微生境选择，白天作为对照的清水组选择量最高。夜晚时，互花米草组和泥土组选择量显著最高;2周后日间的选择量无显著变化且夜晚的泥土组选择量仍最高，但互花米草组选择量大幅下降，明显低于芦苇组，提示互花米草枯落物的腐解改变了生境土壤状况。在存活率方面，添加EM菌的互花米草组的克氏原螯虾8周后的存活率显著高于芦苇组和单互花米草组，雌性克氏原螯虾的体质量增长率也显著提高，但存活率仍低于空白对照的纯泥土基质。一定程度上证明EM菌能部分改善腐解所造成的生境恶化现象。鉴于试验中互花米草枯落物及其快速腐解产生的累积效应，未来将进一步探索更加有效的微生物制剂加快互花米草腐解，改善互花米草生长区底栖动物的生存环境，提高生境土壤的竞争力。

關键词：互花米草;枯落物;栖息地生境;克氏原螯虾;底栖动物

中图分类号：
S966.12  文献标志码：
A  文章编号：1002-1302（2021）09-0201-05

互花米草（Spartina alterniflora）属多年生C4草本植物，原产于美洲大西洋西海岸以及墨西哥湾 [1]，我国上个世纪引入后迅速蔓延，目前已成为我国海岸滩涂湿地生态系统最主要的外来植物之一 [2]。江苏沿海于1980年引进互花米草 [3]，沿海超过410 km的海岸线分布着宽度超过4 km的互花米草沼泽 [4]，已形成入侵种群。本次试验样地位于江苏盐城滨海湿地（32°34′ N～34°28′ N、119°48′ E～120°56′ E），是列入《世界遗产名录》的中国黄（渤）海候鸟栖息地，同样也是全球第二块潮间带湿地遗产、江苏省首项自然遗产，所以对盐城滨海滩涂湿地生态系统的功能提升及适应性管理的研究有重大意义。

近年来，互花米草在盐城滨海盐沼中快速入侵，对土著植物芦苇（Phragmites australis）、底栖动物 [5]及湿地生态系统食物网结构 [6]均具有很大影响。植物群落净第一生产力的大部分是以枯落物的形式进入食物链 [7]。以往研究大多是研究植物残体的流入对土壤微生境理化性质的改变，而本次研究以底栖动物对栖息地选择及生长为指标，探究在腐屑食物链方面植物残体对底栖动物的影响，并进行适当干预，以期提升滩涂生态系统功能。

前期调查发现，克氏原螯虾（Procambarus clarkii）为盐城滨海滩涂常见的优势底栖动物之一 [8]，克氏原螯虾原是外来物种，但是经过多年繁育养殖，已成为我国重要的经济水生动物。本次研究观察克氏原螯虾对混入互花米草和芦苇枯落物的土壤基质的选择偏好，并尝试在互花米草的土壤基质中添加EM菌，对比克氏原螯虾在不同土壤基质中存活和生长情况等方面的影响，试图提高互花米草的生态利用价值，改善土壤微生境的生存环境，从而为生态治理和湿地生态系统的保护与恢复提供参考。

1 材料与方法

1.1 材料准备

试验时间：2019年10月;试验地点：江苏盐城国家级珍禽自然保护区内;材料收集：收集互花米草和芦苇枯落物，带回后晾干脱水;收集淤泥，带回后干燥处理;克氏原螯虾及市售EM菌原液由江苏省淡水水产研究所养殖基地提供。

1.2 材料处理

1.2.1 土壤基质制备 （1）将互花米草和芦苇枯落物打碎至粉末;干燥后的盐碱土按照草土比 1 ∶ 24 比例均匀混合，加入清水静置24 h;EM菌按照说明书中1 ∶ 10的比例稀释备用。

（2）将纯泥土、芦苇+泥土、互花米草+泥土、互花米草+EM菌+泥土 4 种类型底泥分装到饲养盒（图1）中备用。

1.2.2 克氏原螯虾处理 将克氏原螯虾放入1%氯化钠溶液中浸洗1 min，消毒后再用清水浸洗1次。静养3 d，待其完全消化，选取体格健壮、活动能力强的个体待用。

1.3 试验设计

1.3.1 土壤基底选择偏好试验 （1）4盒为1个试验装置（图2），分别为清水、泥土、芦苇和互花米草（图2），每个盒中的基底量以压实后占盒容积的 1/2 为标准，清水组中放入小石块，同样也是占盒容积的1/2。将4种基底紧密摆放，采用软玻璃围在4个盒子周围形成屏障，防止克氏原螯虾爬出实验装置。固定摄像机位置，保证各组都在监控范围内且视野清晰。

（2）取120尾克氏原螯虾，雌雄各半。每个实验装置中放置1尾克氏原螯虾。采用点取样法记录克氏原螯虾在24 h内0：00、04：00、08：00、12：00、16：00及20：00这6个时间点所处底泥类型。即完成前期克氏原螯虾对基底选择偏好试验。

（3）前期试验完成观察后，将克氏原螯虾取出，实验装置静置半个月后（芦苇和互花米草基质已经发黑），重复步骤（2）。即完成后期克氏原螯虾对基底选择偏好试验。

1.3.2 存活率及体质量增长率试验 设置4种基底，分别为泥土组、芦苇组、互花米草组及EM菌+互花米草组。记录120尾克氏原螯虾的初始体质量。每组随机放置30尾，雌雄各半。每天观察，记录死亡情况。8周后，对克氏原螯虾再次称体质量。

1.4 数据处理

试验结果以“平均值±标准差”表示，利用SPSS 26.0统计分析，采用卡方检验对选择偏好进行检验，采用单因子方差分析进行方差分析，显著水平为P<0.05，极显著水平为P<0.01。

2 结果与分析

2.1 克氏原螯虾对不同基底的选择偏好

表1为前期不同时刻克氏原螯虾对不同基底的选择量;表2为后期不同时刻克氏原螯虾对不同基底的选择量，根据表1、表2绘制图3，即前后期克氏原螯虾对不同土壤基底的选择差别。由图3可知，克氏原螯虾对不同土壤基质的选择存在明显昼夜差异。白天清水组选择量显著高于其他组，其他3组间无差异。夜晚时，前期互花米草组和泥土组显著高于芦苇组和清水组;后期泥土组选择量仍然显著最高，互花米草组大幅下降，明显低于芦苇组和清水组。

2.2 不同基底對克氏原螯虾的影响

2.2.1 存活率 由表3可知，各组存活百分比及卡方检验结果，泥土组显著高于其他3组，芦苇组和互花米草组无异，加入EM菌后的互花米草组显著高于芦苇组和互花米草组。

2.2.2 体质量增长 由表4可知，体质量增长量及其显著性，雄性克氏原螯虾中，泥土组的增长量显著高于其他3组（P<0.05）;雌性克氏原螯虾中，加入EM菌的组显著高于其他组，但体质量总平均增长与其他3组无异，泥土组的体质量总平均增长显著高于互花米草组和芦苇组（P<0.05）。

3 讨论

3.1 不同基底对克氏原螯虾选择偏好的影响

3.1.1 互花米草和芦苇枯落物基底对克氏原螯虾选择偏好的不同影响 为贴近自然状态，设置了昼夜完整的观察试验，结果表明，克氏原螯虾的选择偏好存在明显昼夜差异。无论是前后期，白天克氏原螯虾总在清水基底中最多（图1-a）。Alberstadt等的试验证实，成年叉肢螯虾更趋向于躲进清澈的隐蔽所 [9]。而Antonelli等研究进一步表示，影响克氏原螯虾选择的主导因素是黑暗 [10]。克氏原螯虾喜阴惧光，白天放弃游荡，藏匿于隐蔽所，夜晚攀爬活动 [8]，所以夜间的选择更能体现克氏原螯虾对不同基底的偏好。

前期夜间克氏原螯虾选择互花米草组的数量明显高于芦苇组（图1-b），表现出对互花米草枯落物基底的相对喜爱。可能是因为相比芦苇，克氏原螯虾在前期倾向取食互花米草基底中的营养物质。陈慧丽等研究发现与芦苇茎秆相比，互花米草的氮浓度显著较高 [11]。氮含量越多，营养价值越高，而芦苇中含有更多不易被消化利用的粗纤维，口感较差，所以前期互花米草的枯落物更受克氏原螯虾欢迎。类似的Ju等研究发现，由于与本土群落间生长特性的差异，互花米草的入侵有可能改变本土食草昆虫的饮食和丰度 [12]。互花米草枯落物作为食物链中基础食物资源，能支撑更多数量的底栖动物，也侧面证明了它的生态利用价值。

静置半个月以后，土壤基底已经开始发黑，克氏原螯虾对互花米草的选择率大幅下降，显著低于芦苇（图1-b），说明枯落物的腐解改变了克氏原螯虾的选择。侯贯云等认为枯落物分解的第一个月为快速失重阶段，主要损失大量的可溶性有机质（DOM）和非木质素的碳水化合物 [13]。互花米草枯落物在分解中自身流失了大量的营养成分 [14]，所以试验后期克氏原螯虾减少对互花米草的取食，从而降低了对其基底的选择，通常认为枯落物的分解速率与枯落物的氮含量呈正相关关系 [15]。氮含量受限，土壤中微生物量就会受到限制，从而减缓了调落物的分解速率。所以相似生境下，互花米草枯落物的分解速率高于芦苇。这也证实了试验后期相比芦苇，互花米草损失了更多营养物质，所以克氏原螯虾的选择率显著低于芦苇组。而克氏原螯虾前后期对芦苇枯落物基底的选择率变化不大，猜测原因是芦苇枯落物的高木质素含量限制了自身分解速率和营养元素的释放 [16]，所以芦苇基底成分及微生境变化很小。

3.1.2 枯落物腐解前后对克氏原螯虾生存环境的影响 克氏原螯虾在夜晚选择偏好（图1-b）中，泥土基底占有明显优势。本试验采用的土壤均为光滩盐碱土，为模拟野外自然状态，并未对采集土样做杀菌消毒、高温烘干等处理，所以土壤中会掺杂根系等少量自然杂质作为营养来源，这也是前期夜间土壤基质的选择率均高于清水组的原因。芦苇枯落物的高纤维含量影响了口感，加之分解速率较慢，对周围基底的影响自然相对较小 [17]，所以试验前后期选择率均不高。前期泥土组依靠土壤基质中残留的杂质，选择率与互花米草组没有明显差异。后期互花米草枯落物因为半个月的腐解，基底中缺氧，土壤生存环境严重恶化，所以互花米草组克氏原螯虾选择率显著低于泥土组。这与叶春等研究得出植物腐烂分解会营造厌氧环境，引发缺氧的结论 [18]等一致。

3.2 添加EM菌的互花米草枯落物对克氏原螯虾生长的改善

互花米草比芦苇有较高的生产力，而且入侵面积广，与其治理，不如利用。在滩涂生态系统中枯落物的分解速率强烈影响了底栖食物网的能量流动过程。互花米草枯落物提供的高生产力直接增加了基础食物资源的数量，进而通过营养级联作用在次级代谢过程中支撑了更多底栖动物，然而进一步的分解导致土壤中生存环境随之恶化。EM菌能加快植物秸秆的发酵，改良土壤 [19]，还能净化养殖水体 [20]。本次研究尝试添加EM菌来改善土壤状况，提高克氏原螯虾生长情况。常见的市售EM菌的有效成分主要为乳酸菌、光合菌、酵母菌，无毒无害，并且具有净化的功能。添加EM菌的互花米草基底中克氏原螯虾8周后的存活率显著高于芦苇基底和互花米草基底（表3），雌性克氏原螯虾的体质量增长率也显著最高（表4）。证明相比于单一的植物枯落物基底，添加EM菌后的确对土壤状况有所改善，提高了生存率，也加快了互花米草的分解，释放出更多养分到土壤系统中，再经食物链传递给消费者，克氏原螯虾通过摄食提高了自身体质量。但是存活率仍低于泥土组（表3），说明EM菌的使用并未完全解决因互花米草枯落物腐解而引发的土壤的还原性环境，这也为进一步研究提出了新的课题。

4 结论

综上所述，底栖动物克氏原螯虾对栖息基底的选择存在时空格局变化。互花米草枯落物作为食物链的基础食物提供者，因其营养含量高，在前期备受克氏原螯虾青睐，后期因大量腐解导致生境土壤恶化，不利于克氏原螯虾生存。互花米草枯落物添加EM菌后，提高了生存率，改善了生境生存条件。未来将继续探索更加有效的微生物制剂来加快互花米草枯落物的腐解，改善底栖动物的生存环境，提高生境土壤的竞争力，增加其生态利用价值，以用代治。

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